2025年大學《空間科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——空間探索的未知之旅考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.根據(jù)廣義相對論，引力是__________在時空結(jié)構(gòu)中彎曲的表現(xiàn)。2.空間探測器從地球進入深空巡航狀態(tài)，通常需要通過_______機動來改變其初始軌道。3.地球磁層的主要保護功能是抵御來自太陽的_______粒子流和輻射。4.衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的主要目的是維持航天器指向預(yù)定_______。5.“好奇號”火星車攜帶的化學與礦物分析儀（CheMin）主要利用_______技術(shù)來分析巖石和土壤的礦物成分。6.空間天氣事件對地球的影響包括電網(wǎng)擾動、通信中斷以及_______的輻射增強。7.深空網(wǎng)絡(luò)（DSN）通過分布在地球不同地理位置的大型天線陣，實現(xiàn)對航天器的_______和測距。8.空間探測器在飛越其他行星或衛(wèi)星時，可以利用其_______進行引力輔助變軌。9.太陽能電池板利用半導(dǎo)體的_______效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能。10.小行星的成分主要分為石質(zhì)、金屬和_______三大類。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.軌道攝動2.遙感3.空間輻射環(huán)境4.空間站5.系外行星三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述人類進行空間探索的主要驅(qū)動力。2.簡述影響衛(wèi)星軌道選擇的主要因素。3.簡述空間探測器進行深空通信所面臨的主要挑戰(zhàn)。4.簡述至少三種常見的航天器姿態(tài)控制方法。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述人類火星探測面臨的主要科學問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。2.論述空間天氣對人類社會可能造成的危害及其監(jiān)測預(yù)警的重要性。3.論述你對“小行星采礦”這一未來太空經(jīng)濟活動的看法，包括其潛力和面臨的困難。五、綜合分析題（15分）假設(shè)一個無人空間探測器成功抵達某類地小行星附近，任務(wù)目標是對其進行詳細探測。請結(jié)合你所學的空間科學與技術(shù)知識，簡要描述該探測器可能需要具備的關(guān)鍵能力、可能攜帶的主要科學儀器以及設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.物質(zhì)2.雙曲線3.高能4.方向5.X射線衍射6.極地7.通信8.相對論效應(yīng)9.光生伏特10.碳質(zhì)二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.軌道攝動：指在中心天體引力之外，其他天體引力或非球形引力等因素對航天器軌道產(chǎn)生的微小、長期、持續(xù)性的擾動，導(dǎo)致其軌道參數(shù)隨時間緩慢變化。**解析思路：*考察對軌道動力學中非理想因素影響的理解。需要解釋什么是攝動源（非中心引力等），以及它對軌道產(chǎn)生的效果（長期、微小、持續(xù)變化）。2.遙感：利用人造或自然傳感器，不與探測目標直接接觸，遠距離探測、感知和獲取目標電磁波或其他物理信息的理論、技術(shù)和方法。**解析思路：*考察對遙感基本概念的理解。關(guān)鍵點在于“非接觸”、“遠距離”、“獲取信息”，以及信息的形式（電磁波或其他物理信息）。3.空間輻射環(huán)境：指航天器在太空航行過程中所遇到的各種空間輻射場的總稱，主要包括太陽輻射、銀河宇宙射線、太陽粒子事件（SPE）粒子等，對航天器和宇航員構(gòu)成威脅。**解析思路：*考察對空間環(huán)境重要組成部分的理解。需要列舉主要的輻射類型（太陽、銀河、SPE），并點明其性質(zhì)（高能粒子）和影響（威脅）。4.空間站：在近地軌道上長期運行、可供多人駐留、可進行多學科科學實驗和技術(shù)應(yīng)用的載人或無人航天器。**解析思路：*考察對空間站定義和特征的理解。關(guān)鍵點在于“長期運行”、“多人駐留/可載人”、“科學實驗/技術(shù)應(yīng)用”、“近地軌道”。5.系外行星：指圍繞太陽以外恒星運行的行星。**解析思路：*考察對天文學基本概念的理解。簡單明了地定義即可，考察學生對當前天文學前沿領(lǐng)域的基本認知。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述人類進行空間探索的主要驅(qū)動力。*對未知世界的好奇心和探索欲；滿足人類了解宇宙、揭示宇宙奧秘的科學需求；提升國家科技實力、經(jīng)濟競爭力和國際影響力的戰(zhàn)略需求；拓展人類生存空間、保障人類未來生存發(fā)展的長遠需求。**解析思路：*考察對空間探索動機的多維度理解。應(yīng)從科學興趣、國家戰(zhàn)略、人類未來三個層面進行回答。2.簡述影響衛(wèi)星軌道選擇的主要因素。*軌道高度：影響運行周期、覆蓋范圍、輻射環(huán)境、大氣阻力等。*軌道傾角：決定衛(wèi)星覆蓋的緯度范圍。*軌道類型：如圓形、橢圓形；順行軌道、逆行軌道；極地軌道、太陽同步軌道等，影響觀測能力和任務(wù)目標。*通信要求：軌道位置需便于與地面站通信。*任務(wù)目標：科學探測、通信廣播、導(dǎo)航定位等不同任務(wù)對軌道有特定要求。**解析思路：*考察對軌道設(shè)計約束條件的掌握。需要從幾何參數(shù)（高度、傾角）、軌道特性（類型）、工程約束（通信）和任務(wù)需求等多個方面回答。3.簡述空間探測器進行深空通信所面臨的主要挑戰(zhàn)。*通信距離極其遙遠，導(dǎo)致信號強度衰減嚴重，信噪比低。*信號傳播延遲顯著，使得實時控制困難，存在時間滯后。*行星際介質(zhì)（如星際塵埃、電離層）會對信號產(chǎn)生干擾和衰減。*航天器姿態(tài)和軌道變化可能影響天線對地指向的穩(wěn)定性，增加信號接收難度。*大型深空網(wǎng)絡(luò)地面站的資源有限，覆蓋和觀測時間受限。**解析思路：*考察對深空通信特點和技術(shù)難點的理解。需要從距離造成的衰減、延遲、介質(zhì)影響、天線指向以及地面設(shè)施限制等角度進行分析。4.簡述至少三種常見的航天器姿態(tài)控制方法。*利用反作用飛輪（ReactionWheels）通過存儲和釋放角動量來改變或維持姿態(tài)。*通過噴氣小發(fā)動機噴射工質(zhì)產(chǎn)生反作用力矩進行姿態(tài)機動或微調(diào)。*利用太陽敏感器、星敏感器、陀螺儀等傳感器感知姿態(tài)，并反饋給控制系統(tǒng)進行自動控制。*利用磁力矩器（MagneticTorquers）利用地球或行星的磁場產(chǎn)生力矩進行姿態(tài)控制，適用于帶磁力矩器的航天器。**解析思路：*考察對姿態(tài)控制基本原理和方法的掌握。要求列舉至少三種不同原理的控制方式，如基于角動量守恒的飛輪、基于動量交換的噴氣、基于傳感器的反饋控制、基于磁場作用的磁力矩器等。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述人類火星探測面臨的主要科學問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。*科學問題：火星的地質(zhì)演化歷史、水資源的分布與形成機制、過去或現(xiàn)在是否存在生命跡象、火星大氣演變與未來氣候、地球-火星系統(tǒng)的相互作用等。*技術(shù)挑戰(zhàn)：長距離、高能耗的星際航行；進入、下降與著陸（EDL）過程的嚴苛技術(shù)要求；在火星表面生存和工作的生命保障系統(tǒng)；長距離、高延遲的遙操作與自主決策能力；極端環(huán)境下的能源供應(yīng)與熱控制；火星車移動與越障能力；現(xiàn)場科學儀器的高性能與可靠性；樣本采集、存儲與返回任務(wù)的復(fù)雜性等。**解析思路：*考察對火星探測領(lǐng)域的綜合理解。需先闡述其重要的科學目標，再深入分析實現(xiàn)這些目標所面臨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，涵蓋飛行、著陸、表面生存、通信、能源、移動、科學探測等多個環(huán)節(jié)。2.論述空間天氣對人類社會可能造成的危害及其監(jiān)測預(yù)警的重要性。*危害：強太陽活動（如日冕物質(zhì)拋射CME、耀斑）產(chǎn)生的高能粒子流和輻射可威脅宇航員健康，損壞衛(wèi)星電子設(shè)備；高能粒子可干擾或中斷通信和導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）；太陽風導(dǎo)致的電離層擾動可引起電網(wǎng)負荷劇烈波動甚至崩潰；極區(qū)地磁暴產(chǎn)生的極光雖然壯觀，但也會對電力、通信、導(dǎo)航等系統(tǒng)造成損害。*監(jiān)測預(yù)警的重要性：空間天氣事件具有突發(fā)性和不確定性，對現(xiàn)代社會高度依賴的電子信息系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。建立完善的空間天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)測太陽活動和地球空間環(huán)境變化，進行準確的預(yù)報和預(yù)警，對于保障航天器安全、保護電網(wǎng)穩(wěn)定、確保通信導(dǎo)航可靠、維護國家安全和經(jīng)濟社會正常運行具有至關(guān)重要的作用。**解析思路：*考察對空間天氣影響范圍和后果的認識，以及對其監(jiān)測預(yù)警必要性的理解。需具體列舉空間天氣對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（宇航員、衛(wèi)星、電網(wǎng)、通信、導(dǎo)航）的危害，并強調(diào)監(jiān)測預(yù)警在減輕災(zāi)害、保障安全方面的重要性。3.論述你對“小行星采礦”這一未來太空經(jīng)濟活動的看法，包括其潛力和面臨的困難。*潛力：小行星富含地球上稀缺或難以開采的元素，如鉑族金屬、稀土元素、水冰等，具有巨大的經(jīng)濟價值；開發(fā)小行星資源可能緩解地球資源枯竭壓力，推動太空經(jīng)濟發(fā)展；小行星采礦可能催生全新的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)；為深空探測和定居提供資源支持。*面臨的困難：小行星環(huán)境極端危險（高速、不規(guī)則形狀、碎片、輻射）；小行星物理特性（成分、結(jié)構(gòu)、引力）具有高度不確定性，增加了探測和采礦的難度；技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，包括高效的小行星接近、捕獲、鉆探/破碎、資源提取、樣本封裝、運輸回地球或空間站等環(huán)節(jié)的技術(shù)尚未成熟；極高的初始投資成本和漫長的時間周期；開采活動的法律、倫理和地緣政治問題（歸屬權(quán)、開采權(quán)、國際協(xié)調(diào)等）；地球返回技術(shù)的風險和成本。**解析思路：*考察對新興太空經(jīng)濟活動的批判性思考能力。要求辯證地分析其帶來的機遇（資源、技術(shù)、經(jīng)濟、戰(zhàn)略）和挑戰(zhàn)（環(huán)境、技術(shù)、成本、法律、政治），展現(xiàn)對復(fù)雜問題的全面認識。五、綜合分析題（15分）假設(shè)一個無人空間探測器成功抵達某類地小行星附近，任務(wù)目標是對其進行詳細探測。請結(jié)合你所學的空間科學與技術(shù)知識，簡要描述該探測器可能需要具備的關(guān)鍵能力、可能攜帶的主要科學儀器以及設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。*關(guān)鍵能力：*精確的軌道導(dǎo)航與控制能力，實現(xiàn)近旁通飛、穩(wěn)定懸停或低空巡視。*高分辨率成像與光譜分析能力，用于獲取小行星表面形貌、顏色、成分等信息。*空間環(huán)境探測能力，測量小行星周圍的輻射環(huán)境、塵埃分布等。*遙測遙控的高可靠性和低延遲通信能力。*（若涉及采樣）精確的樣本抓取、存儲和處理能力。*可能攜帶的主要科學儀器：*高分辨率相機：獲取表面紋理、地貌細節(jié)。*多光譜/高光譜相機：分析表面物質(zhì)成分和礦物分布。*熱紅外成像儀：探測表面溫度分布，推斷表面材質(zhì)和水分含量。*X射線譜儀/能譜儀：精確分析表面元素組成。*中子譜儀：探測表面氫元素（水冰）含量。*磁力計：測量小行星的磁矩和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。*（若涉及采樣）鉆探頭/機械臂/抓斗：用于采集巖石或土壤樣本。*設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題：*對地/對目標通信：解決深空遠距離通信的信號衰減和延遲問題，保證高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。*自主導(dǎo)航與避障：在未知的小行星表面附近，實現(xiàn)精確的自主定位、路徑規(guī)劃和實時避障。*能源系統(tǒng)：需要高效、可靠的能源供應(yīng)，如多晶硅太陽能電池板和大型蓄電池，或放射性同位素熱電源（RTG），以應(yīng)對小行星可能存在的不規(guī)則自轉(zhuǎn)和陰影區(qū)域。*熱控制：小行星表面溫差巨大，需要有效的熱控制系統(tǒng)，保護儀器設(shè)備和航天器本身。*結(jié)構(gòu)與機構(gòu)：航天器結(jié)構(gòu)需考慮小行星引力環(huán)境（通常很弱），機構(gòu)設(shè)計需保證靈活可靠，適應(yīng)崎嶇表面。*姿態(tài)控制：實現(xiàn)對航天器精確指向的